2022年材料成型工艺基础.pdf

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1、材料成型工艺基础绪论材料成形 : 所有利用物理、化学、冶金原理使材料成形的方法,称之为材料成形加工工艺。一、材料与材料科学材料就是用来制作有用器件的物质,就是人类生产与生活所必须的物质基础。历史学家把人类社会的发展按其使用的材料类型划分为石器时代、青铜时代、铁器时代,而今正处于人工合成材料的新时代。材料科学的研究内容材料科学就是研究各种固体材料的成分、组织、性能与应用之间关系及其变化规律的科学,它包括四个基本要素:材料的合成与制备,成分与组织结构,材料性能与使用性能。材料的分类按化学成分 : 金属材料 :钢、铸铁、铜、铝等高分子材料 :塑料、橡胶、胶粘剂、纤维材料等陶瓷材料复合材料金属材料就是

2、怎么得到的呢？冶炼 - 把金属从矿石中提炼出来,这个过程就叫金属的冶炼。材料新技术芯片光纤超导材料二、材料成形技术1、课程性质材料成形基础就是一门研究常用工程材料坯件及机器零件成型工艺原理的综合性技术基础学科。2、材料成形加工在国民经济中的地位材料成形加工在工业生产的各个部门与行业都有应用,尤其对于制造业来说更就是具有举足轻重的作用。制造业就是指所有生产与装配制成品的企业群体的总称,包括机械制造、运输工具制造、电气设备、仪器仪表、食品工业、服装、家具、化工、建材、冶金等,它在整个国民经济中占有很大的比重。统计资料显示 ,在我国 ,近年来制造业占国民生产总值GDP的比例已超过35%。 同时,制造

3、业的产品还广泛地应用于国民经济的诸多其她行业,对这些行业的运行产生着不可忽视的影响。因此 ,作为制造业的一项基础的与主要的生产技术,材料成形加工在国民经济中占有十分重要的地位 ,并且在一定程度上代表着一个国家的工业与科技发展水平。通过下面列举的数据,可以帮助我们真切、具体地了解到成形加工对制造业与国民经济的影响。据统计,占全世界总产量将近一半的钢材就是通过焊接制成构件或产品后投入使用的;在机床与通用机械中铸件质量占7080%,农业机械中铸件质量占4070%;汽车中铸件质量占约 20%,锻压件质量约占70%;飞机上的锻压件质量约占85%;发电设备中的主要零件如主轴、叶轮、 转子等均为锻件制成;家

4、用电器与通信产品中6080%的零部件就是冲压件与塑料成形件。再从我们熟悉的交通工具轿车的构成来瞧,发动机中的缸体、缸盖、活塞等一般都就是铸造而成 ,连杆、传动轴、车轮轴等就是锻造而成,车身、车门、车架、油箱等就是经冲压与焊接制成 ,车内饰件、仪表盘、车灯罩、保险杠等就是塑料成形制件,轮胎等就是橡胶成精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础形制品。因此 ,可以毫不夸张地说,没有先进的材料热加工工艺,就没有现代制造业。我国就

5、是世界上少数的几个拥有运载火箭、人造卫星与载人飞船发射实力的国家,这些航天飞行器的建造离不开先进的加工成形工艺,其中 ,火箭与飞船的壳体都就是采用了高强轻质的材料 ,通过先进的特种焊接与胶接技术制造的。3、课程内容作为高等工科学校机械类专业学生的一门技术基本课,本课程主要涉及的就是与机械制造有关的材料成形加工工艺的基础知识。它主要研究 : 各种成型工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用与相互联系;零件的成型工艺过程与结构工艺性;常用工程材料性能对成型工艺的影响;工艺方法的综合比较等。它几乎涉及机器制造中所有工程材料的成型工艺。机械制造就是将原材料制造成机械零件,再由零件装配成机器的过程。其

6、中,机械零件的制造在整个机械制造的过程中占据了很大的比重,而成形加工又就是机械零件制造的主要工作。传统上的机械大都就是用金属材料加工制造的,随着科学与生产技术的发展,机械制造所用的材料已扩展到包括金属、非金属与复合材料在内的各种工程材料,因此机械产品的成形加工工艺也就不再局限于传统意义上的金属加工的范畴,而就是将非金属与复合材料等的成形加工也包含进来了。金属材料的成形一般有铸造、塑性成形、焊接、粘接与机械加工(包括切削加工与特种加工 )等常用方法 ,非金属与复合材料则另有各自的特殊成形方法。4、基本要求本课程就是机械类专业的主干课程之一,也就是部分非机械类专业通常开设的一门课程。学生在学完本课

7、程之后,应达到以下基本要求: (1)掌握各种热加工方法的基本原理、工艺特点与应用场合,了解各种常用的成形设备的结构与用途,具有进行材料热加工工艺分析与合理选择毛坯(或零件 )成形方法的初步能力。(2)具有综合运用工艺知识,分析零件结构工艺性的初步能力。(3)了解与材料成形技术有关的新材料、新工艺及其发展趋势。第一章金属材料导论第一节金属材料的性能一、材料的性能精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础二、材料在载荷作用下的

8、力学行为材料在载荷 (外力 )作用下的表现(反应 ),人们习惯称之为力学行为。材料在载荷作用下,对于塑性材料来说会产生弹性变形,塑性变形 ,直至断裂。1、弹性变形当物体受外力作用时产生了变形,若除去外力 ,物体发生的变形会完全消失,恢复到原始状态 ,这种变形称之为弹性变形。2、 塑性变形当外力增加到一定程度时,物体发生的变形不能完全消失而一部分被保留下来,所保留的变形称之为塑性变形或永久变形。3、 断裂断裂前出现明显宏观塑性变形的断裂称为韧性断裂;在断裂前没有宏观塑性变形的断裂行为称之为脆性断裂。三、材料在静载荷作用下的主要力学性能指标静载荷就是指加载方式不影响材料的变形行为,加载速率较为缓与

9、的载荷。材料在静载荷作用下的主要力学性能指标有弹性,刚度 ,强度 ,塑性 ,硬度等性能指标可通过拉伸试验与硬度试验测得。、弹性极限e:材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值,以e表示 ,单位为a。、 弹性模量 (E):材料在弹性变形的阶段内,直线的斜率 ,即产生单位弹性应变所需要的应力值 ,以表示 ,单位 a。其大小反映材料刚度大小。材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。强度 :材料在外力作用下,抵抗塑性变形与断裂的能力。3、屈服强度 (点)s: 材料产生屈服时的最低应力值称为屈服点,以s表示 ,单位为 a。它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。4、抗拉强度b 材料在拉断前所承受的最大

10、应力值,称为抗拉强度,通常用b表示 ,单位 a 。它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。抗拉强度 就是脆性材料选材的依据。5、 塑性材料在外力作用下,产生永久变形而不引起破坏的能力。常用 与 作为衡量塑性的指标。伸长率 : 断面收缩率 : 良好的塑性就是金属材料进行塑性加工的必要条件。(三) 硬度金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。它就是衡量材料软硬程度的力学性能指标。材料的硬度越高其耐磨性就越好,并且材料的硬度与它的力学性能与工艺性能(如切削加工性、 焊接性能等 )之间存在着一定的对应关系 ,所以硬度就是最常用的性能指标之一。在一些零件图中硬度就是检验产品质量的重要指标。1、布氏

11、硬度 (HB)00100%klll00100%ksss精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础(1)测试原理布氏硬度实验用一定直径的钢球或硬质合金球,以相应的试验力压入试样表面,保持一定时间后,卸除试验力 ,在试样表面得到直径为d 的压痕直径 ,用试验力除以压痕表面积所得的值即为布氏硬度值,用表示。计算公式 : 222FFHBSD DDd（）(2)测定条件压头为淬火钢球,适于测定硬度在450 以下的材料 ,如结构钢、铸铁

12、及非铁合金等,以 HBS 表示;压头为硬质合金,以 HBW 表示 ,适于测定硬度值在450 以上的材料 ,最高可测650HBW。(3)表示方法例如 :120HBS10/1000/30 (4)适用范围铸铁、铸钢、非铁金属材料及热处理后钢材毛坯或半成品。、 洛氏硬度 (HR)(1)测试原理洛氏硬度值用主载荷作用下试样产生塑性变形压痕深度BD来确定(2)表示方法硬度标尺 :HRA、HRB、HRC,C标尺最常用。如 250HRC(3)适用范围在批量的成品或半成品质量检验中广泛使用,也可测定较薄工件或表面有较薄硬化层的硬度。常用洛氏硬度标尺的实验条件与应用前面为硬度数值,后面为使用的标尺。最常用的就是:

13、 , ,三种。其中标尺用的最多。、维氏硬度 (HV)(1)测试原理维氏硬度试验原理与布氏硬度试验原理基本相同。将顶角为136的正四棱锥金刚石压头 ,在载荷的作用下,压头进入试件表面,保持一定的时间后,卸除载荷 ,测量压痕两对角线长度 d1与 d2,求其平均值 ,用于计算压痕表面积。(2)表示方法例如 :640HV30/20 (3)适用范围用于测量金属镀层薄片材料与化学热处理后的表面硬度。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工

14、艺基础* 各硬度值之间大致有以下关系:布氏硬度值在200-450 范围内,HBS(HBW)=10HRC; 布氏硬度值小于 450HBS,HBS HV。四、材料在动载荷作用下的主要力学性能指标动载荷就是指突加的、冲击性的大小、方向随时间而变化的载荷。材料在动载荷作用下的力学性能,包括冲击韧性与疲劳强度。1.冲击韧性:材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。2.疲劳强度 :指材料经无数次交变载荷作用而不断裂的最大应力值,用-1表示 ,单位为 Mpa。 它表现了材料抵抗疲劳断裂的能力。疲劳断裂 :零件在循环应力作用下,在一处或几处产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后突然产生断裂的过程。就是由疲劳裂纹产

15、生扩展瞬时断裂三个阶段组成的。特点 :断裂前无明显的塑性变形,很难事先察觉到,断裂突然发生。断裂时应力很低,大多低于 s,属于低应力脆断。第二节金属及 合金 的结晶一金属的结构1 金属键:由金属正离子与自由电子之间相互作用而结合的方式称为金属键。根据金属键的结合特点可以解释金属晶体的一般性能。由于自由电子的存在,容易形成电流 ,显示出良好的导电性。自由电子的易动性与正离子的振动使金属有良好的导热性。金属原子移动一定位置后,金属键不会遭到破坏,使金属具有很好的形变能力与强度。自由电子可以吸收光的能量,因而金属不透明。自由电子所吸收的能量在电子回复到原来状态时产生辐射,使金属具有光泽。2、 金属的

16、晶体结构所有的金属与合金都就是晶体晶格原子排列形成的空间格子晶胞组成晶格最基本的单元金属的典型晶体结构3、晶面与晶向晶面 :各个方位上一系列原子组成的平面。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础晶向 :各个方向上的原子列。1)晶面指数 (hkl)标定过程2)晶向指数 uvw4.金属的实际晶体结构(1)多晶体结构晶格位向 (即原子排列方向)完全一致的晶体为单晶体。实际使用的金属材料包含有许多外型不规则的小晶体,每个小晶体

17、内部的晶格位向都就是一致的,而各小晶体之间位向却不相同 ,称多晶体。外形不规则、呈颗粒状的小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。(2)晶体缺陷在晶体内部及边界存在原子排列的不完整性,称为晶体缺陷。按其几何形状的特点,晶体缺陷可分为以下三类: 1)点缺陷 :就是指三维尺寸都很小,不超过几个原子直径的缺陷。主要有空位与间隙原子。2)线缺陷 :指三维空间中在二维方向上尺寸较小,在另一维方面上尺寸较大的缺陷。属于这类缺陷主要就是位错。位错就是晶体中的某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。它又分为 刃型位错 、螺型位错3)面缺陷指二维尺寸很大而第三维尺寸很小的缺陷。通常就是指晶界与亚

18、晶界。晶界:晶粒之间的边界称为晶界。亚晶界 :亚晶粒之间的边界叫亚晶界。亚晶粒 :尺寸很小、位向差也很小的小晶块。二、金属的结晶过程1、 金属的结晶过程(1) 金属结晶的过冷现象(2) 金属的 结晶过程2.铸件晶粒组织铸件的晶粒组织就是指铸件的晶粒形状与大小。一般铸件的典型晶粒组织分为三个区域。(1)表层细晶粒区液态金属强烈的过冷,形成大量自发晶核。(2)柱状晶粒区晶轴垂直于模壁的晶粒,沿着枝晶轴向模壁传热有利,这些晶粒优先长大,从而形成柱状晶粒。(3)中心等轴晶粒区在锭模心部的剩余液态金属内部温差愈来愈小,散热方向已不明显,因而形成较粗大的等轴晶粒区。细晶强化的方法: 1)增加液态金属结晶时

19、的过冷度增大过冷度可以使铸件晶粒变小。2)变质处理精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础在金属液结晶前,向金属液中加入某些物质(称变质剂 ),形成大量分散的固态微粒作为非自发形核界面 ,或起阻碍晶体长大的作用,从而获得细小晶粒,这种细化晶粒的方法,称为变质处理。3)附加振动金属液结晶时,可采用机械振动,超声波或电磁振动等措施,使铸型中液体金属运动,造成枝晶破碎 ,碎晶块起晶核作用,从而使晶粒细化。3、金属的 同素异晶转

20、变同素异晶转变在固态下,随着温度的变化,金属的晶体结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。一种金属能以几种晶格类型存在的性质 称为同素异晶性。金属的同素异晶转变就是金属从一种晶格类型的固态转变为另一种晶格类型固态的转变。它也就是一个结晶过程,只不过这个结晶就是在固态下进行的,因此把这种固态转固态的结晶称为重结晶或二次结晶。三、合金的结构合金 两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。成份相同、结构相同,并与其她部分有界面分开的均匀组成部分称为相。根据结构特点不同可将合金中的相分为:1、 固溶体合金中晶体结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相。据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同固溶体

21、的性能特点:具有良好的塑性与韧性,强度、硬度较低。2、金属化合物合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相。金属化合物的性能特点:脆性大、硬度高;强度低;塑性、韧性差;高的熔点。三、合金的结晶虽然纯金属在人类生活与生产中获得了一定程度的应用,但它们的性能远不能满足多方面的需求。在工业中更广泛地被应用的就是合金。为了正确地对各种合金进行熔铸、锻压与热处理 ,必须了解它们的熔点与发生固态转变的温度,并研究它们的凝固进程与凝固后的组织。目前已测定出许多二元合金系的成分与其熔点及固态转变温度的关系曲线,并分析了不同成分的合金在不同温度下的组织状态。合金相图就就是以这些试验结果为基础而建立起来的

22、。1、 相图的基本知识(1) 相图合金相图就是一种能够反映给定合金系中合金成分、温度与其组织状态之间关系的图形。二元合金相图就是一个平面图形,它表示由两个组元组成的合金系统中的合金平衡状态、温度与成分之间的关系。2、 二元合金相图精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础(1)二元匀晶相图二组元在液态无限溶解,在固态无限固溶,并形成固溶体的二元合金系所形成的相图,称为二元匀晶相图。这类合金在结晶过程中都就是从液相中结晶出单

23、相的固溶体,这种结晶过程称为匀晶转变 。合金的结晶过程以 Cu-Ni 合金相图中Ni 的含量Ni=40%为例说明其结晶过程,当液态合金缓慢冷却到与液相线相交温度时开始结晶,此时温度为t1, 结晶出的固相Ni为1,1的含镍量 (Ni)大于40%;冷却到 t2 时,L的成分 L2,相的成分为2;当合金冷却完毕,全部为固相 ,此时固相成分3即为合金自身的成分。枝晶偏析实际金属结晶过程中,由于冷却速度快,先后结晶出来的固溶体成分不同,扩散来不及进行,使得晶粒内部化学成分不均匀的现象。危害 :材料的力学性能,加工工艺性 ,耐蚀性。措施 :扩散退火 (均匀化退火 )(2)共晶相图两组元在液态无限互溶,在固

24、态有限溶解(或不溶 ),并在结晶时发生共晶转变所构成的相图称为二元共晶相图。共晶转变 指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。其转变产物为共晶组织,或称共晶体。(3)共析相图一定成分的固相,在一定温度下,同时析出两种化学成分与晶格结构完全不同的新固相,这个转变过程称为共析反应。(4)包晶相图两组元在液态下无限互溶,在固态下有限溶解,并在结晶时发生包晶转变的相图,称为包晶相图。即由一定成分的液相与一定成分的固相在恒温下转变成另一种一定成分的固相的转变。由于新固相 ,首先在 L 相与原固相的相界上形核并包着原固相长大,故称为 包晶转变 。第三节铁碳合金相图一铁碳合金

25、的基本组织1、铁素体(F) 铁素体 碳(C)溶入 -Fe中所形成的固溶体。7270、02%C 力学性能 :b = 250MPa = 4550% HB = 80 2、奥氏体(A) 奥氏体碳(C)溶入 -Fe 中所形成的固溶体。11472、06%C 、7270、77%力学性能 :b = 250 350MPa = 4045% HB = 160200 3、渗碳体(Fe3C) 渗碳体就是金属化合物。6、67%C 力学性能 : b = 30MPa = 0 HB = 800 四、珠光体(P) 珠光体就是铁素体与渗碳体组成的机械混合物。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - -

26、 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础7270、 77%力学性能 : b = 750MPa =25% HB = 180-200 五、莱氏体(Le) 莱氏体就是奥氏体与渗碳体组成的机械混合物。11474、 3%C 力学性能 : b = 30MPa = 0 HB = 700 二、 典型铁碳合金的结晶过程共析钢c=0、77% 亚共析钢0、0218%c0、77% 过共析钢0、77%(c)2、11% 共晶白口铸铁c=4、3% 亚共晶白口铸铁2、11%c4、3% 过共晶白口铸铁4、3%c6、69% 工业

27、纯铁第四节钢铁材料热处理原理定义以适当的方式对金属材料或工件加热、保温、冷却,获得预期的组织结构与性能的工艺方法。机床 60-70,汽车 70-80,量具、刃具、模具、轴承100。1)整体热处理退火、正火、淬火、回火2)表面热处理表面淬火、化学热处理一、钢在加热时的组织转变1、加热转变的理论依据Fe-Fe3C 相图奥氏体化钢加热形成奥氏体的过程。对于加热 :非平衡条件下的相变温度高于平衡条件下的相变温度;对于冷却 :非平衡条件下的相变温度低于平衡条件下的相变温度、2、奥氏体化过程包括奥氏体的形核、长大,残余渗碳体的溶解与奥氏体成分的均匀化。二、奥氏体在冷却时的组织转变奥氏体的冷却转变,直接影响

28、钢热处理后的组织与性能。常见的冷却方式有两种,等温冷却与连续冷却。1、过冷奥氏体的等温冷却转变曲线俗称 C曲线或 TTT曲线。过冷奥氏体A1温度以下不稳定的奥氏体。等温冷却曲线三、钢的普通热处理1、钢的 退火(降低硬度、消除应力,细化晶粒 )完全退火 :亚共析钢Ac3+3050,缓冷到600时空冷 ,得到F+P;等温退火 :同完全退火 ,可节省时间 ;精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础球化退火 :过共析钢Ac1+2

29、030,消除网状碳化物 ,使之成为球状 ;去应力退火 :500-650炉冷至 200后空冷 , 消除应力。2、钢的 正火正火目的 :细化晶粒 ,提高强度低碳钢 -提高硬度高碳钢消除网状渗碳体工艺过程 : Ac3、Accm+3050,保温后空冷优点:周期短、能耗少3、钢的 淬火淬火钢加热到AC1或(AC3)以上 ,保温后以适当方式冷却,获得 M 或 B组织的热处理工艺。淬火目的 :获得高硬度、高耐磨性的马氏体,提 高钢的机械性能。加热温度 :Ac3、Ac1+3050保温碳钢:水冷 ,得细小 M+A合金钢 :油或空冷 ,得 M+Fe3C+ A钢经过淬火后必须回火！ ！回火将淬火钢加热到A1下某一温

30、度后进行冷却的热处理工艺。回火目的 :消除应力 ,防止工件开裂回火工艺 :Ac1 以下保温后缓冷一、钢的分类1.按化学成分分类1)碳素钢1)低碳钢C 0 、6% 2)合金钢(1)低合金钢Me 10% 2、 按质量分类S:使合金产生热裂、热脆缺陷P:使合金产生冷裂、冷脆缺陷3)高级优质钢 :P、Sb时,则产生裂纹 ; 冷裂常出现在复杂铸件受拉应力的部位,特别就是应力集中处(如尖角处、缩孔、气孔、夹渣等缺陷附近)。壁厚差悬殊 , 结构复杂的铸件易于发生冷裂。不同铸造合金冷裂倾向不同, 灰口铸铁、白口铸铁、高锰铜等塑性差的合金较易产生。防止措施 : a.减少铸造应力 ; b.降低合金中 P的含量 ;

31、 c.去应力退火 ; d.设计铸件时应避免应力集中。热裂纹就是铸钢件与铝合金铸件常见的缺陷。凝固末期 ,结晶出来的晶体已形成完整的骨架, 开始固态收缩 ,但晶粒之间还有少量液体金属, 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 17 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础形成液膜 ,强度很低。如果固态收缩受到砂型与砂芯的阻碍 ,机械应力超过次时金属液膜的抗拉强度, 即发生热裂。很明显 ,零件结构不合理、合金的收缩率高、型砂或芯砂的退让性差,合金的高温强度低等 , 都

32、使铸件易于产生热裂纹。防止措施 : a.合理设计铸件结构 ; b.改善铸型与型心的退让性; c.限制铸钢与铸铁中的S含量; d.选用结晶温度区间小的合金。1、3 铸件常见缺陷 casting flaw ?冷隔 cold shut 、浇不足 Miss run ?气孔porsity ?粘砂、夹砂 inclusions ?砂眼 sand hole ,胀砂冷隔,浇不足若充型能力不足时 ,在型腔被填满之前,形成的晶粒将充型的通道堵塞,金属液被迫停止流动 ,于就是铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。气孔气体在金属液结壳之前未及时逸出,在铸件内生成的孔洞类缺陷。气孔的内壁光滑 ,明亮或带有轻微的氧化色。 铸件中产

33、生气孔后 ,将会减小其有效承载面积,且在气孔周围会引起应力集中而降低铸件抗冲击性与抗疲劳性。气孔还会降低铸件的致密性 ,致使某些要求承受水压试验的铸件报废。另外,气孔对铸件的耐腐蚀性与耐热性也有不良的影响。防止气孔的产生 :降低金属液中的含气量,增大砂型的透气性 ,以及在型腔的最高处增设出气冒口等。粘砂、夹砂 inclusions 粘砂、 铸件表面上粘附有一层难以清除的砂粒称为粘砂。粘砂既影响铸件外观,又增加铸件清理与切削加工的工作量,甚至会影响机器的寿命。例如铸齿表面有粘砂时容易损坏 ,泵或发动机等机器零件中若有粘砂,则将影响燃料油、气体、润滑油与冷却水等流体的流动,并会玷污与磨损整个机器。

34、防止粘砂 :在型砂中加入煤粉 ,以及在铸型表面涂刷防粘砂涂料等。夹砂在铸件表面形成的沟槽与疤痕缺陷,在用湿型铸造厚大平板类铸件时极易产生。归 纳本节主要介绍铸造工艺性:流动性与收缩。?1、流动性 :充型?2、 收缩:缩孔与缩松 ,内应力 :热应力与机械应力 (厚拉薄压 ),变形与裂纹 : 拉凹压凸;热裂纹 thermal cracking 与冷裂纹 crack。?3、其它缺陷分 类classfication 按造型分 : 砂型铸造sand casting 与特种铸造Special Processes of Metal Castings 。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - -

35、- - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 18 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础砂型铸造就是基础 ,特种铸造就是在砂型铸造基础上革新发展起来的。作 业 1 一、判断题1、 在铸件热节处安放冷铁能够起补缩作用。( )2、 凝固温度范围大的合金 ,铸造时铸件中易产生缩松。( ) 3、 防止或减少铸件变形的方法之一就是提高流动性。( )4、 合金的浇注温度越高越好。( )5、 铸钢件一般都要安置冒口与冷铁,使之实现同时凝固。 ( ) 1、 造成铸件冷隔的主要原因就是a、 浇注温度过高b、 浇注温度过低c、 浇注速度太快

36、2、 生产中为提高合金的流动性常采用的方法就是a、 加大出气口b、 延长浇注时间c、 提高浇注温度3、 冒口的一个重要作用就是a、 液体金属迅速浇注满型腔b、 浇注金属液的通道c、 补缩与排气4、 浇注温度过高 ,铸件会产生a、 气孔b、 夹杂物c、 冷隔5、 能够制造形状复杂、特别就是具有复杂内腔毛坯的加工方法就是a、 铸造b、 压力加工c、 焊接d、 切削加工1、 浇注温度过低 ,液体金属量不够 ,铸件就会产生冷隔或 _ 。2、 _ 对合金流动性的影响最显著。3、 合金的铸造性能用 _ 与_ 来衡量。4、 铸钢的流动性比铸铁 _ 。5、 浇注温度越 _,合金的充型能力越好。6、 铸造合金的

37、收缩经历 _ 、_ 、_三个阶段。7、 缩孔与缩松就是由于合金的_ 收缩与 _ 收缩引起的。8、 防止缩孔的方法就是控制铸件的_顺序,使之符合 _ 原则。四、问答题1、 铸造合金的收缩会导致哪些铸造缺陷的产生？2、 铸件热应力形成的原因就是什么？3 特种铸造Special Casting Processes 为获得高质量、 高精度的铸件 ,提高生产率 ,人们在砂型铸造的基础上,创造了多种其它的铸造方法 ;通常把这些有别于砂型铸造的其她铸造方法通称为特种铸造。特种铸造 :铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法两类特点 : 1、充型力变更2、型模革新特种铸造属先进铸造 ,就是铸造技术

38、沿精密、洁净与高效方向的发展。其中最主要的发展就是铸造过程数控自动化与铸造工艺的绿色化。特点:特种铸造具有铸件精度与表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 19 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础到一定限制。由于铸造就是提供毛坯的主要工艺,精密铸造就意味着毛坯组织致密、表面光洁,与尺寸精度高 ,可达到少、无切削加工与直接成形。在节省材料与能源上有鲜明的意

39、义。成形加工方法产品耗能量106Jkg-1 材料利用率% 铸造30-38 90 冷变形加工41 85 热变形加工46-49 75-80 机械加工66-82 45-50 熔模铸造压力铸造金属型铸造低压铸造消失模铸造离心铸造陶瓷型铸造挤压铸造磁型铸造压力铸造 ,Die Casting pressure die casting 压力铸造就是将熔融合金在高压作用下,以高速充填铸型型腔 ,并在高压下结晶凝固而获得铸件的特种铸造工艺。两个特点高压:比压 30-70MPa 高速:充型时间 0、01-0、2 秒压力铸造工作原理工业应用 :汽车、摩托车、家电、照相机、仪表、计算机、医疗器械、电器、航天航空、五金

40、、办公用品、钟表、纺织、军事武器等。汽车工业压铸应用分量例: 镁合金 70-80% 铝合金 60% 锌合金 50% 压铸机分类按压室就是否浸在熔融金属中,分冷室压铸机热室压铸机按压室位置 ,分卧式压铸机立式压铸机主要构成 :合型机构、压射机构、机座、液压传动系统、控制系统、润滑冷却系统等。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 20 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础压铸特点精度高 (IT11-14级;3、2-0、8 m)、组织致密 ; 适应形状复杂、轮廓清

41、晰、薄壁深腔铸件;可组合压铸或镶嵌压铸 ; 生产率高、材料利用率提高60-70%、实现少切削与零切削,经济效益好。缺点:压铸型寿命短、压铸机投资大、压铸件存在气孔。气体难以排出,压铸件易产生皮下气孔 ,压铸件不能进行热处理 ,也不宜在高温下工作 ;金属液凝固快 ,厚壁处来不及补缩 ,易产生缩孔与缩松 ;设备投资大 ,铸型制造周期长、造价高,不宜小批量生产。低压铸造 low pressure die-casting 低压铸造就是液体金属在压力作用下,自下而上充填型腔以形成铸件的成形工艺。低压铸造工艺原理主要步骤通气充型加压凝固放气开模低压铸造特点浇注压力与速度可调 ,适应各种铸型、合金与铸件大小

42、; 底注式平稳充型 ,无飞溅、气体卷入与型壁冲刷等弊病,铸件合格率提高 ; 压力下结晶 ,组织致密 ,轮廓清晰 ,表面光洁 ,少切削或零切削 ,机械性能高 ,对薄壁件铸造尤其有利 ; 节省补缩冒口 ,金属利用率高达90-98%; 劳动强度低 ,劳动条件好 ,容易数控自动化。离心铸造离心铸造就是指将熔融金属浇入旋转的铸型中,使液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形的一种铸造方法。(一)离心铸造的类型铸型:金属型或砂型。分类:离心铸造机通常可分为立式与卧式两大类。离心铸造的特点及应用范围离心铸造的特点就是 : (1)液体金属能在铸型中形成中空的自由表面,不用型芯即可铸出中空铸件,简化了套筒、管类

43、铸件的生产过程。(2)由于旋转时液体金属所产生的离心力作用,离心铸造可提高金属充填铸型的能力 ,因此一些流动性较差的合金与薄壁铸件都可用离心铸造法生产。(3)由于离心力的作用 ,改善了补缩条件 ,气体与非金属夹杂物也易于自金属液中排出 ,产生缩孔、缩松、气孔与夹杂等缺陷的几率较小。(4)无浇注系统与冒口 ,节约金属。不足:金属中的气体、 熔渣等夹杂物 ,因密度较轻而集中在铸件的内表面上,所以内孔的尺寸不精确 ,质量也较差 ;铸件易产生成分偏析与密度偏析。应用:铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、特殊钢的无缝管坯、造纸机滚筒等铸件的生产。挤压铸造Squeeze casting 精品资料 - - -

44、 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 21 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础就是将定量金属液浇入铸型型腔内并施加较大的机械压力,使其凝固、成形后获得毛坯或零件的一种工艺方法。一） 挤压铸造的工艺过程1.铸型准备对铸型清理、型腔内喷涂料与预热等,使铸型处于待注状态。2.浇注将定量的金属液浇入型腔。3.合型加压将上、下型锁紧 ,依靠冲头压力使金属液充满型腔,进而升压并在预定的压力下保持一定时间,使金属液凝固。4.取出铸件卸压、开型、取出铸件。a)柱塞挤压b)直接冲头挤压c)间接

45、冲头挤压挤压铸造的特点及应用范围挤压铸造的特点就是 : (1)压铸件的尺寸精度高 (IT11IT13), 表面粗糙度小 (Ra6、31、6m),铸件的加工余量小。(2)无需设浇冒口 ,金属利用率高。(3)铸件组织致密 ,晶粒细小 ,力学性能好。(4)工艺简单 ,节省能源与劳动力 ,易实现机械化与自动化生产,生产率比金属型铸造高 12倍。缺点:浇到铸型型腔内的金属液中夹杂物无法排出。挤压铸造要求准确定量浇注 ,否则影响铸件的尺寸精度。用途:用于生产强度要求较高、气密性好、薄板类铸件。如各种阀体、活塞、机架、轮毂、耙片与铸铁锅等。消失模铸造 (EPC) Evaporative Pattern Ca

46、sting 实型铸造气化模铸造泡沫塑料模浇注时气化消失实型铸造 :采用聚苯乙烯发泡塑料模样代替普通模样,造好型后不取出模样就浇入金属液 ,在金属液的作用下 ,塑料模样燃烧、 气化、消失,金属液取代原来塑料模所占据的空间位置 ,冷却凝固后获得所需铸件的铸造方法。实型铸造具有以下特点 : (1) 由于采用了遇金属液即气化的泡沫塑料模样,无需起模 ,无分型面 ,无型芯,因而无飞边毛刺 ,铸件的尺寸精度与表面粗糙度接近熔模铸造,但尺寸却可大于熔模铸造。(2) 各种形状复杂铸件的模样均可采用泡沫塑料模粘合,成形为整体 ,减少了加工装配时间 ,可降低铸件成本 10%30%,也为铸件结构设计提供充分的自由度

47、。(3) 简化了铸件生产工序 ,缩短了生产周期 ,使造型效率比砂型铸造提高25倍。缺点:实型铸造的模样只能使用一次,且泡沫塑料的密度小、 强度低 ,模样易变形,影响铸件尺寸精度。浇铸时模样产生的气体污染环境。用途:实型铸造主要用于不易起模等复杂铸件的批量及单件生产。磁型铸造 : 在实型铸造的基础上发展起来的,利用磁丸 (又称铁丸 )代替干砂 ,并微震紧实 ,再将砂箱放在磁型机里 ,磁化后的磁丸相互吸引 ,形成强度高、透气性好的铸型,浇注时气化模在液体金属热的作用下气化消失,金属液替代了气化模的位置,待冷却凝固后 ,解除磁场 ,磁丸恢复原来的松散状 ,便能方便地取出铸件。磁型铸造的特点 : 精品

48、资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 22 页，共 46 页 - - - - - - - - - - 材料成型工艺基础(1) 提高了铸件的质量。 因为磁型铸造无分型面 ,不起模 ,不用型芯 ,造型材料不含粘结剂 ,流动性与透气性好 ,可以避免气孔、夹砂、错型与偏芯等缺陷。(2) 所用工装设备少 ,通用性大 ,易实现机械化与自动化生产。(3) 节约了金属及其它辅助材料,改善了劳动条件 ,降低了铸件成本。用途:机车车辆、拖拉机、兵器、农业机械与化工机械等制造业。主要适用于形状不十分复杂的中、小型铸件的生

49、产,以浇注黑色金属为主。其质量范围为 0、25150kg,铸件的最大壁厚可达80mm。陶瓷型铸造Ceramic Mold Casting 陶瓷型铸造就是将金属液浇注到陶瓷铸型中获得铸件的方法,就是在砂型铸造与熔模铸造基础上发展起来的一种精密铸造。陶瓷型的制造方法有两种:一种就是全陶瓷浆料灌制的陶瓷型;另一种就是底套式的陶瓷型。底套可以就是砂套,也可以就是金属套。金属套经久耐用,获得铸件尺寸精度稳定 ,适合于大批量铸件的生产。1.砂套造型先用水玻璃砂制出砂套。制造砂套的模样B比铸件模样 A应大一个陶瓷料厚度 (图 a)。砂套的制造方法与砂型铸造相同(图 b)。2.灌浆与胶结其过程就是将铸件模样固

50、定于模底板上,刷上分型剂 ,扣上砂套,将配制好的陶瓷浆料从浇注口注满砂套(图 c),经数分钟后 ,陶瓷浆料便开始结胶。陶瓷浆料由耐火材料 (如刚玉粉、铝矾土等 )、粘结剂 (如硅酸乙酯水解液 )等组成。3.起模与喷烧浆料浇注 515min后,趁浆料尚有一定弹性便可起出模样。为加速固化过程提高铸型强度,必须用明火喷烧整个型腔(图 d)。4.焙烧与合型浇注前要加热到350550焙烧 25h,烧去残存的水分、并使铸型的强度进一步提高。5.浇注浇注温度可略高 ,以便获得轮廓清晰的铸件。陶瓷型铸造 的特点及适用范围陶瓷型铸造的特点 : (1) 陶瓷面层在具有弹性的状态下起模,同时陶瓷面层耐高温且变形小,